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结构光照明显微技术
资料介绍
技术概述
结构光照明显微技术（Structured Illumination Microscopy,SIM）是一种基于宽场照明的超分辨荧光显微成像技术，突破了传统光学显微镜的衍射极限，能够实现几十纳米分辨率的生物样本成像，兼具成像速度快、光毒性低、多色成像适配性好等优势，是当前生命科学研究领域应用最广泛的超分辨成像技术之一。
传统光学显微镜的分辨率受衍射极限限制，根据阿贝衍射极限公式，横向分辨率极限约为λ/(2NA)，其中λ为入射光波长，NA为物镜数值孔径，可见光波段最高分辨率仅能达到200-300nm，无法满足对细胞内亚细胞结构、蛋白质复合物等纳米尺度生物分子进行观测的需求。而SIM通过调制入射光形成周期性的结构照明图案，利用莫尔条纹效应将样本中原本无法被探测的高频空间信息混频到低频可探测范围，最终通过算法重构出超分辨图像，能够将横向分辨率提升至传统显微镜的2倍左右，达到100-120nm，轴向分辨率可提升至250-300nm，部分改进型SIM技术可以实现更高分辨率。
基本原理
衍射极限与莫尔混频效应
光学成像系统相当于一个低通滤波器，只有空间频率低于系统截止频率fc=2NA/λ的信息可以被探测到，样本中高于截止频率的精细结构信息无法进入探测器，因此传统显微镜无法分辨小于衍射极限的结构。SIM使用周期性结构光照明样本时，照明光场的空间频率为fi，样本本身的空间频率为fs，根据频率混频原理，出射光场会产生fs+fi和fs-fi拍频分量。当fs高于系统截止频率fc时，只要满足|fs-fi|<fc，混频产生的分量就会落在系统通带内，被探测器接收，这样原本无法探测的高频信息就可以被记录下来。
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